Luận án Nghiên cứu tuyển chọn các chủng vi khuẩn chịu mặn có đặc tính kích thích sinh trưởng thực vật và tác động đến biểu hiện gen liên quan đến đáp ứng mặn của cây lúa

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN CÁC CHỦNG VI KHUẨN CHỊU MẶN CÓ ĐẶC TÍNH KÍCH THÍCH SINH TRƯỞNG THỰC VẬT VÀ TÁC ĐỘNG ĐẾN BIỂU HIỆN GEN LIÊN QUAN ĐẾN ĐÁP ỨNG MẶN CỦA CÂY LÚA

Ngành:

Công nghệ sinh học

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN CÁC CHỦNG VI KHUẨN CHỊU MẶN CÓ ĐẶC TÍNH KÍCH THÍCH SINH TRƯỞNG THỰC VẬT VÀ TÁC ĐỘNG ĐẾN BIỂU HIỆN GEN LIÊN QUAN ĐẾN ĐÁP ỨNG MẶN CỦA CÂY LÚA" tập trung giải quyết vấn đề stress mặn ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh trưởng và năng suất cây trồng, đặc biệt là cây lúa ở các vùng đất nhiễm mặn tại Việt Nam. Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật chịu mặn kích thích sinh trưởng thực vật (PGPB) nhằm nâng cao khả năng chống chịu mặn cho cây lúa.

Đề tài đã phân lập và sàng lọc 423 chủng vi khuẩn chịu mặn từ 66 mẫu đất, nước biển, rễ lúa và rễ đước, bao gồm cả các mẫu từ quần đảo Trường Sa. Trong số đó, 65 chủng có khả năng sinh indole-3-acetic acid (IAA) đã được xác định. Quá trình sàng lọc tiếp theo đã chọn được 18 chủng sinh ACC deaminase, 25 chủng phân giải phosphate, 29 chủng cố định nitơ và 20 chủng phân giải cellulose. Luận án đã định danh 12 chủng vi khuẩn chọn lọc bằng giải trình tự 16S rRNA và nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ, pH, nồng độ NaCl, nguồn carbon, nitơ và tryptophan đến khả năng sinh trưởng và sinh tổng hợp IAA của 6 chủng tiêu biểu: M. pelagius C7, S. tamaricis DM10, B. aryabhattai RL7, M. endophytica STT1.1.2, B. endophyticus D1.2.2 và B. subtilis RL5.

Kết quả đánh giá khả năng hỗ trợ cây lúa sinh trưởng và phát triển trong điều kiện stress mặn cho thấy hai chủng B. aryabhattai RL7 và S. tamaricis DM10 có hiệu quả tốt nhất. Các chủng này đã làm tăng cường sự biểu hiện của 7 gen liên quan đến đáp ứng mặn ở cây lúa, bao gồm NADPMe2, SOS1, PR1, MYC2, NHX1, CAT và SOD, trong đó vai trò của MYC2 và PR1 được nghiên cứu lần đầu tiên trong bối cảnh này. Hơn nữa, luận án đã giải trình tự toàn bộ hệ gen của chủng S. tamaricis DM10 và M. pelagius C7, từ đó xác định các gen liên quan đến khả năng kích thích sinh trưởng thực vật (phân giải phosphate, tổng hợp ACC deaminase và siderophore), khả năng chịu mặn và khả năng nội sinh. Những đóng góp này cung cấp cơ sở cho việc phát triển chế phẩm sinh học ứng dụng trong nông nghiệp tại các vùng đất bị nhiễm mặn.

Mục lục chi tiết:

• 1. MỞ ĐẦU
  • 1. Tính cấp thiết của luận án
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu
  • 3. Nội dung nghiên cứu
  • 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
  • 1.1. Tổng quan về vi sinh vật kích thích sinh trưởng thực vật
    • 1.1.1. Khái niệm vi sinh vật kích thích sinh trưởng thực vật
    • 1.1.2. Đặc điểm của vi sinh vật kích thích sinh trưởng thực vật
      • 1.1.2.1. Khả năng cố định nitơ
      • 1.1.2.2. Khả năng hòa tan phosphate
      • 1.1.2.3. Khả năng sinh tổng hợp IAA
      • 1.1.2.4. Khả năng sinh ACC deaminase
      • 1.1.2.5. Khả năng sinh siderophores
  • 1.2. Vi sinh vật chịu mặn và cơ chế hỗ trợ thực vật chịu mặn nhờ PGPB
    • 1.2.1. Vi sinh vật chịu mặn
    • 1.2.2. Cơ chế hỗ trợ thực vật chịu mặn nhờ PGPB
      • 1.2.2.1. Tích lũy các chất thẩm thấu
      • 1.2.2.2. Cải thiện sự hấp thu chất dinh dưỡng
      • 1.2.2.3. Sinh tổng hợp IAA
      • 1.2.2.4. Sinh tổng hợp ACC deaminase
      • 1.2.2.5. Exo-polysacaride
      • 1.2.2.6. Hoạt hóa hệ enzyme chống oxi hóa
      • 1.2.2.7. Tăng cường sự biểu hiện các gen liên quan đến đáp ứng mặn
  • 1.3. Sự đáp ứng với stress mặn của cây lúa
    • 1.3.1. Ảnh hưởng của stress mặn lên cây lúa
    • 1.3.2. Cơ chế dung nạp muối ở cây lúa
      • 1.3.2.1. Cân bằng nội môi ion
      • 1.3.2.2. Cân bằng áp suất thẩm thấu
  • 1.4. Tình hình nghiên cứu về PGPB chịu mặn hỗ trợ cây trồng chịu mặn
    • 1.4.1. Trên thế giới
    • 1.4.2. Tại Việt Nam
  • 1.15. Phương pháp phân tích hệ gen bằng công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới
• CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
  • 2.1. Nguyên vật liệu
    • 2.1.1 Nguyên liệu
    • 2.1.2. Hóa chất, môi trường và thiết bị
  • 2.2. Phương pháp nghiên cứu
    • 2.2.1. Phương pháp lấy mẫu
    • 2.2.2. Phân lập các chủng vi khuẩn chịu mặn
    • 2.2.3. Sàng lọc các chủng vi khuẩn có khả năng sinh IAA
    • 2.2.4. Sàng lọc các chủng vi khuẩn có khả năng tổng hợp ACC deaminase
    • 2.2.5. Sàng lọc các chủng vi khuẩn có khả năng phân giải phosphate
    • 2.2.6. Sàng lọc các chủng vi khuẩn có khả năng cố định nitơ
    • 2.2.7. Sàng lọc các chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy cellulose
    • 2.2.8. Khả năng sinh siderophore
    • 2.2.9. Phân loại vi sinh vật
      • 2.2.9.1. Xác định một số đặc điểm về hình thái và sinh hoá
      • 2.2.9.2. Phương pháp giải trình tự 16S RNA
    • 2.2.10. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến sinh trưởng và tổng hợp IAA của các chủng vi khuẩn chọn lọc
      • 2.2.10.1 Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến sinh trưởng của các chủng vi khuẩn chọn lọc
      • 2.2.10.2. Ảnh hưởng nguồn nitơ đến sinh trưởng và sinh IAA của các chủng vi khuẩn chọn lọc
      • 2.2.10.3. Ảnh hưởng nồng độ L-tryptophan đến sinh trưởng và sinh IAA của các chủng vi khuẩn chọn lọc
      • 2.2.10.4. Ảnh hưởng nguồn carbon đến sinh trưởng và sinh IAA của các chủng vi khuẩn chọn lọc
      • 2.2.10.5 Ảnh hưởng của nồng độ muối đến sinh trưởng và tổng hợp IAA của các chủng vi khuẩn chọn lọc
    • 2.2.11. Phương pháp xác định chlorphyll trong lá
    • 2.2.12. Đánh giá khả năng hỗ trợ cây lúa chịu mặn của các chủng vi khuẩn chọn lọc
    • 2.2.13. Đánh giá sự biểu hiện của các gen liên quan đến đáp ứng mặn ở cây lúa dưới sự hỗ trợ của chủng vi khuẩn chọn lọc
      • 2.2.13.1. Tách chiết RNA và tổng hợp cDNA
      • 2.2.13.2. Kỹ thuật RT-PCR
    • 2.2.14. Phân tích hệ gen của chủng vi khuẩn chọn lọc bằng phương pháp giải trình tự gen thế hệ mới
      • 2.2.14.1. Tách chiết, tinh sạch và tạo thư viện DNA
      • 2.2.14.2. Phân tích hệ gen vi khuẩn
    • 2.2.15. Phân tích thống kê
    • 2.2.16. Địa điểm nghiên cứu
• CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
  • 3.1. Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn có khả năng chịu mặn sinh chất kích thích sinh trưởng thực vật
    • 3.1.1. Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn tổng hợp IAA
    • 3.1.2. Sàng lọc các chủng vi khuẩn sinh ACC deaminase
    • 3.1.3. Sàng lọc các chủng vi khuẩn có hoạt tính cố định nitơ
    • 3.1.4. Sàng lọc các chủng vi khuẩn hoà tan phosphate
    • 3.1.5. Sàng lọc các chủng vi khuẩn phân giải cellulose
  • 3.2. Nghiên cứu một số đặc điểm hình thái, sinh hoá và giải trình tự 16S rRNA
    • 3.2.1. Nghiên cứu một số đặc điểm hình thái của các chủng vi khuẩn chọn lọc
    • 2.2. Xác định một số đặc điểm sinh hóa của các chủng vi khuẩn chọn lọc
    • 3.2.2 Giải trình tự 16S rRNA của các chủng chọn lọc và xây dựng cây phát sinh chủng loài
  • 3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và tổng hợp IAA của một số chủng vi khuẩn chọn lọc
    • 3.3.1. Ảnh hưởng nhiệt độ, pH đến khả năng sinh trưởng của các chủng vi khuẩn chọn lọc
    • 3.3.2. Ảnh hưởng của nguồn nitơ đến khả năng sinh trưởng và tổng hợp IAA của các chủng vi khuẩn chọn lọc
    • 3.3.4. Ảnh hưởng của L-trytophan đến đến khả năng sinh tổng hợp IAA của các chủng vi khuẩn chọn lọc
    • 3.3.5. Ảnh hưởng của nguồn carbon đến khả năng sinh trưởng và tổng hợp IAA của các chủng vi khuẩn chọn lọc
    • 3.3.6. Ảnh hưởng nồng độ NaCl đến khả năng sinh trưởng và sinh tổng hợp IAA của các chủng vi khuẩn chọn lọc
  • 3.4. Đánh giá khả năng làm giảm tác động của stress mặn đối với cây lúa của một số chủng vi khuẩn chọn lọc
    • 3.4.1. Lựa chọn nồng độ nuối để gây stress mặn ở cây lúa
    • 3.4.2. Đánh giá khả năng làm giảm tác động của stress mặn đối với cây lúa của một số chủng vi khuẩn chọn lọc
  • 3.5. Nghiên cứu sự biểu hiện các gen liên quan đến đáp ứng mặn của cây lúa dưới sự hỗ trợ của chủng RL7 và DM10
    • 3.5.1. Ảnh hưởng của chủng RL7 và DM10 đến sự sinh trưởng cây lúa khi bị nhiễm mặn
      • 3.5.1.1. Ảnh hưởng của chủng RL7
      • 3.5.1.2. Ảnh hưởng của chủng DM10
    • 3.5.2 Nghiên cứu sự biểu hiện của các gen liên quan đến đáp ứng mặn của cây lúa dưới sự tác động của chủng RL7 và DM10
      • 3.5.2.1 Sự biểu hiện của các gen liên quan đến đáp ứng mặn của cây lúa dưới sự tác động của chủng RL7
      • 3.5.2.2 Sự biểu hiện của các gen liên quan đến đáp ứng mặn của cây lúa dưới sự tác động của chủng DM10
  • 3.6. Giải trình tự hệ gen chủng DM10 và C7
    • 3.6.1. Kết quả lắp ráp các đoạn trình tự và chú giải chức năng
    • 3.6.2. Phân loại dựa trên chỉ số tương đồng toàn bộ hệ gen
    • 3.6.3. Phân loại các nhóm gen chức năng
    • 3.6.4. Gen liên quan đến khả năng kích thích sinh trưởng thực vật
    • 3.6.5. Các gen liên quan đến khả năng chịu mặn.
    • 3.6.6. Các gen liên quan đến hệ thống bài tiết
    • 3.6.7. Các gen liên quan đến quá trình nội sinh
• KẾT LUẬN
• KIẾN NGHỊ
• NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH